JP4709931B2 - 距離測定装置および距離測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、変調された測定ビームを目標対象物の方向へ送出する少なくとも１つの送出器を備えた少なくとも１つの送出部と、目標対象物から戻って来る測定ビームを受信する少なくとも１つの受信部と、距離測定装置と目標対象物との間の距離を求める制御および評価ユニットを有している形式の距離測定装置に関する。また本発明は、測定装置の少なくとも１つの送出部が変調された測定ビームを目標対象物の方向へ送出し、目標対象物から反射されて戻って来る測定ビームを前記測定装置内で検出し、反射された測定信号から、距離測定装置と目標対象物との間の距離を求める形式の距離測定方法に関する。

距離測定装置、殊に光学式距離測定装置自体はかなり前から知られている。このような装置は、変調された測定ビーム、例えば光線またはレーザービームを送出する。このような放射線は、装置までの距離が求められるべき所望の目標対象物へ向けられる。方向が定められた目標対象物から反射された、または散乱された、戻ってくる測定信号はこの距離測定装置によって部分的に再び検出され、測定されるべき間隔を求めるのに使用される。

ここでは目標対象物までの距離を求める、いわゆる位相測定方法と、単なる伝播時間方法は区別される。伝播時間測定方法では例えばできるだけ短いパルス持続時間を有する光パルスが測定装置から送出され、これに続いて、目標対象物まで到達して、再び測定装置内に戻って来るまでの光パルスの伝播時間が求められる。既知である光速の値を用いて、ここから距離測定装置と目標対象物との間の距離が計算される。

これに対して位相測定方法では、伝播距離を伝播した測定信号の位相の変化が、距離測定装置と目標対象物との間の間隔を求めるのに利用される。送出された光と比べて、戻って来る光の位相がシフトしている量を介して、光が伝播した距離ひいては距離測定装置と目標対象物との間の測定装置の距離が突き止められる。

この種の距離測定装置の使用領域には一般的に、僅か数ミリメートルから数百メートルまでの領域における距離が含まれる。測定されるべき伝播距離並びに周囲条件並びに選択された目標対象物のビーム反射性能に依存して、この種の測定装置の性能に対する要求は異なる。

近年ではこの種の距離測定装置はコンパクトに構成され、商業的に販売され、ユーザは容易に手に持って操作することができる。

実質的に、距離測定装置の基になっている測定システムによって定められた所定の測定精度を有するレーザ距離測定器が知られている。距離測定器のこのような精度は距離測定装置の特定の測定領域に対して保証されており、例えば製造者側で保証されている。

ＤＥ１９８１１５５０Ａ１号から例えば、光学式距離測定のための回路装置および方法が公知である。ここでは少なくとも２つの異なる、密に隣り合っている測定周波数が発振器から導出される。できるだけ大きな測定領域にわたって測定が可能であるように、同時に、距離測定時にできるだけ高い測定精度が得られるように、ＤＥ１９８１１５５０Ａ１号に記載された方法では、約１ＭＨｚ〜約３００ＭＨｚまでの範囲の３つの異なる周波数が使用され、求められるべき距離がこれらの各周波数によって測定される。

ＥＰ０８８５３９９９Ｂ１号から、パルス伝播時間方法による光学式距離測定方法が知られている。ここでは粗い測定プロシージャも詳細な測定プロシージャも実行される。粗い測定プロシージャによって測定時間インターバルが求められる。この測定時間インターバルは、所望の目標対象物へ達し、目標対象物から戻ってくる光信号の見積もられた伝播時間よりも大きい。このような測定時間インターバル内で、適切な測定時間領域が事前に定められる。他方で、詳細な測定プロシージャでは一連の基本測定が実行される。ここでは各基本測定のために測定光信号が目標対象物に向けて送出され、受光され、目標対象物によって反射されて戻って来る光パルスが、粗い測定プロシージャの間に定められたこの適切な測定時間領域内でのみ集められる。目標対象物までの測定装置の正確な距離はその後、詳細な測定プロシージャの個々の測定を平均することによって得られる。

ＤＥ１９８１１５５０Ａ１号 ＥＰ０８８５３９９９Ｂ１号

本発明の課題は、コンパクトで、殊に手に持つ形式の距離測定用測定装置によって、使用可能な距離領域、すなわちこの装置による距離測定が可能な距離領域を容易な手段で拡張することである。

上述の課題は、距離測定装置であって、変調された測定ビームを目標対象物の方向へ送出する少なくとも１つの送出器を備えた少なくとも１つの送出部と、前記目標対象物から戻って来る測定ビームを受信する少なくとも１つの受信部と、前記距離測定装置と前記目標対象物との間の距離を求める制御および評価ユニットを有している形式のものにおいて、前記距離測定装置は、ユーザまたは当該距離測定装置によって設定された測定時間で行われた距離測定の信号ノイズ比の実際値と、ユーザまたは当該距離測定装置によって設定された距離測定精度から計算された信号ノイズ比の目標値とを比較する手段を有しており、当該距離測定装置は、前記実際値が目標値から偏差している場合に、前記目標値を得るのに必要な、測定期間の数（ｎ）を求め、当該測定期間の数（ｎ）にわたって距離測定を行うか、または前記設定された距離測定精度の値を、前記設定された測定時間内での距離測定が可能になるまで徐々に低くする、手段を有している、ことを特徴とする距離測定装置によって解決される。さらに上述の課題は、距離測定方法であって、測定装置の少なくとも１つの送出部が変調された測定ビームを目標対象物の方向へ送出し、前記目標対象物から反射されて戻って来る測定ビームを前記測定装置内で検出し、前記反射された測定信号から、前記距離測定装置と前記目標対象物との間の距離を求める形式の方法において、ユーザまたは当該装置によって設定された測定時間で行われた距離測定の信号ノイズ比の実際値と、ユーザまたは当該距離測定装置によって設定された距離測定精度から計算された信号ノイズ比の目標値とを比較し、当前記実際値が目標値から偏差している場合には、前記目標値を得るのに必要な、測定期間の数を求め、当該測定期間の数にわたって距離測定を行うか、または前記設定された距離測定精度の値を、前記設定された測定時間内での距離測定が可能になるまで徐々に低くする、ことを特徴とする距離測定方法によって解決される。

従来技術の装置に対して本発明の装置ないし本発明の方法は、種々異なる測定精度による距離測定が可能であるという利点を有する。測定精度が所定の測定距離範囲にわたって保証される場合、ひいては固定される場合、例えば距離とともに信号強度は減少するので、事前に固定されたこの測定精度によって求められる最大測定距離に制限が加えられてしまう。測定の測定精度は実質的に、測定信号の信号ノイズ比（Ｓ／Ｎ）によって定められる。これによって、殊に小さい反射信号（これは例えば測定距離が長い場合、または反射性が弱い表面に対する測定の場合に存在する）の場合には、特定の測定精度によって測定可能な測定領域が制限される。相応の距離測定が実行される測定精度が固定されておらず、ユーザによって設定可能である、または距離測定装置によって自動的に設定可能である場合、低い測定精度を甘受したとしても、この種の距離測定装置によって、ないしは相応にこの種の方法によって利用可能な、距離測定が可能な測定領域が格段に拡張される。

例えば手に持つ形式のコンパクトな距離測定装置の使用領域が多数ある場合、測定領域の拡大によって得られるこのような利点によって、場合によって生じる高い測定不確かさないしは低減された測定精度の欠点が打ち消される。

上位概念に記載された光学式距離測定装置の概略的な全体図 本発明による方法の基礎となる実質的なステップを備えたフローチャート 測定距離にわたった測定装置の測定の不確かさの概略的な経過と、測定距離の関数である、本発明の装置に設定される測定の不確かさの特性曲線の一連の例 測定の不確かさが実質的に一定であり、測定が図３に相応した設定可能な特性曲線に相応する場合の、測定距離にわたった測定時間の概略的な経過

従属請求項に記載された手法によって、独立請求項において記載された装置ないしは請求されている方法を有利に発展構成することが可能である。

距離測定装置の測定精度が各々の測定タスクに最適に整合されるのは有利である。この種のコンパクトな距離測定装置が典型的に使用される多くのケースにおいて、例えば、数ミリメートルの領域における分解能を伴う高い精度は必要ではない。殊に比較的長い距離を測定する場合にはそもそも、求められている距離に対する第１の測定値および手掛かりが得られることが望まれているのであり、この場合には僅か数ミリメートルの精度で距離を定める必要は全くない。僅か数メートルの測定時と同じ高い測定精度で、百メートルまたはそれを上回る距離にわたる距離測定が実行されることが望まれている場合には、過度に大きい測定コストがかかる。

有利には光学式距離測定を行う本発明の装置によって、基本的にこの種の装置によって測定される距離領域が格段に拡張される。設定された固定の距離測定精度ないしは測定距離の相応する分解能の代わりに、装置による距離測定時の可変の測定精度が可能になる。従って例えば、測定範囲が大きい領域の場合（例えば５０〜数百メートルの領域において）、この種の測定装置の測定範囲が格段に拡張され、求められるべき値の測定精度に対する要求が低減される。同じように例えば、測定システムの測定精度が相応に低減される場合、測定距離を求めるのに必要な測定時間が格段に低減される。

有利にはこのために一連の特性曲線、例えば測定距離にわたった測定精度の特性を設定する特性曲線が距離測定装置の記憶媒体内に格納される。

例えば距離測定装置の相応のキー領域を介した操作者の設定、または距離測定装置内部での自動設定によって、距離測定の測定精度を測定距離に依存して設定する特性曲線が選択される。

従って例えば、本発明による距離測定装置ないしこの距離測定装置の基になる距離測定方法の有利な実施形態では、測定に対する最大測定時間が設定され、測定精度に対する既存の特性曲線を装置が自動的に切り換える。これによって、所定の測定時間を考慮して、できるだけ高い測定精度を保証する特性曲線が選択される。

このようにして、短い測定距離の領域では装置の最高測定精度で測定が行われ、距離が長くなってはじめて、測定精度が次第に低くされることが保証される。従って測定装置は拡張された測定領域を使用することができる。しかも測定距離が短い領域において測定精度が低くなり過ぎることはない。

有利には、装置の制御および評価ユニットには、検出されるべき、反射された振幅信号の信号ノイズ比（Ｓ／Ｎ）に対する値が設定可能である。この場合、このような信号ノイズ比は実質的に、距離測定が行われるべき精度を定める。

同じように有利には本発明の距離測定装置は次のように構成可能である。すなわち測定時間並びに測定精度並びに測定結果の分解能が個々にまたは全体的に選択されるように構成可能である。従って本発明による距離測定装置のユーザは操作領域を介して、例えば固定された測定時間またはユーザによって所望される距離測定精度を調整設定することができる。この場合、距離測定装置の電子部分は相応のスイッチ手段を介して残りの測定パラメータを半自動的に整合させ、所望の測定精度ないしは所望の測定時間を可能にする。

本発明による距離測定装置は、良好に反射する表面上での約１０ｍまでの近傍領域における作動に対して、例えば１０^−３ｍの測定精度に調整設定される。この場合に測定時間は例えば最大で１秒であり、測定装置の分解能は１０^−４ｍである。このような調整設定では、暗い表面上での測定はもはや不可能であるが、これはユーザの所望の測定状況ではない。しかしこの距離測定装置は同じように有利には、遠方領域（例えば５０ｍ〜１００ｍ）における作動に対して最良に構成される。これは測定精度が１０^−１ｍにまで低減され、求められる測定値の分解能が１０^−２ｍに変えられることによって行われる。

本発明による距離測定装置の実施例ではセンサが集積されている。このセンサは測定場所周辺における光の状態を検出し、ここから測定時に存在する基本信号に対する尺度を定める。このような基本信号は、測定時に存在する信号ノイズ比に影響を与え、従って距離測定の可能な測定精度に影響する。有利な実施形態では、このようなセンサ機能は受信部の検出エレメントによって実行される。従って１つの検出器だけで測定信号も基本信号も定められる。

周辺光の相対的な強さに基づいた、装置の測定精度の自動的な切り換えが、本発明の方法において設定可能であり、相応に、この方法に応じて作動する距離測定装置内に組み込まれる。

従って例えば設定された最長測定時間に対する可能な距離測定領域は、距離にわたった信号ノイズ比の要求を取り下げることによって拡張される。これによって特に屋外領域において日光照射時に（すなわち基本信号ないしはノイズ信号が強い場合には）、本発明による距離測定装置の有用性が格段に上昇する。

有利には本発明の距離測定装置の評価ユニット内では例えば、測定パラメータ（測定時間、距離の分解能、測定精度）が１つだけ固定されている。これによって、他の測定パラメータは半自動的に距離測定装置の制御電子部によって次のように整合される。すなわち、例えば測定時間の設定が固定されている場合、最大限可能な精度で（すなわち最低の測定不確かさで）対象距離が求められるように整合される。その後、使用された分解能に合った、測定の値表示がされる。

光学式距離測定を行う本発明による装置では、装置が完全に自動的に自立して次のように構成されることも可能である。すなわち、各距離および周辺状況に応じて測定パラメータの最適な設定が行われるように全てのパラメータが整合されるように構成されることも可能である。

本発明の実施例では測定精度を定める信号ノイズ比の値が、元来の距離測定より時間的に前に行われる、装置から目標対象物までのいわゆる粗い第１の距離測定によって自身で求められる。これに続く、測定装置と目標対象物との間隔を求める第２の距離測定がその後、この粗い距離領域に合った精度ひいては測定時間要求で行われる。

本発明による装置の有利な実施例では、これに加えて、個々の距離間隔に割り当てられている種々異なる測定精度が設定されている。粗い測定によって求められたおおよその距離に基づいて、装置によって、この距離に相応する、元来の距離測定に対する測定精度が選択される。

本発明による方法では、ユーザが距離分解能を測定前に自身で設定することも可能である。これはユーザが例えば操作領域を介して「ｍｍ」または「ｃｍ」または「ｍ」を入力し、距離測定装置がここから、測定状況を観察して（すなわち例えば基本信号のレベルおよび所望の測定時間を観察して）、整合した測定精度を選択する。すなわち、そこまで測定されるべき信号ノイズ比を定めることによって実行される。測定中にはその時々の目下の信号ノイズ比が距離測定装置の制御および評価ユニットによって求められ、さらに長く測定が行われなければならないか否かが決定される。

特に有利には、距離測定装置内に複数の特性曲線が格納される。これらの特性曲線は、測定距離によって異なる測定精度の経過を示す。従って、これらの特性曲線を選択することによって、選択された測定領域の場合にさらに受け入れ可能な測定精度が選択される。

これは例えば次のことによっても実行される。すなわち、ユーザがおおよその距離領域を粗く設定し、その後で装置が相応の、測定精度に対する最適な特性曲線を選択することによっても実行される。

有利には本発明の距離測定装置では、距離測定のベースになる距離測定精度の設定がユーザに光学式ディスプレイを介して示される。従って例えば表示「ミリメータ」, 「センチメータ」, 「メータ」によってユーザに迅速に、ディスプレイにあらわされる距離測定結果がどのオーダーで正確に特定されるのかが伝達される。

本発明による距離測定装置のさらなる実施例では、例えば距離測定の測定結果の表示は、距離測定の精度に相応する小数位（Dezimalen）で、距離測定装置の表示装置に表示される。距離測定装置のユーザには、例えば表示分解能の低減によって、測定距離が増加するにつれて低減される測定精度が、容易に、しかし明確に視覚化される。

振幅変調された光での位相シフトを用いる本発明による距離測定方法は、簡単かつ有利に、この種の距離測定装置に対して可能な距離測定領域を格段に拡張することができる。択一的に本発明の方法によって例えば、典型的に設定された目標対象物間隔において、測定時に測定時間が短縮される。本発明による距離測定方法によって距離測定に使用される測定領域は、一度固定された、全測定領域にわたる、装置の全ての用途に対して定められた測定精度によって制限されるのではなく、測定精度を測定タスクに合わせることによって容易に、格段に拡張される。本発明の方法によって、この種の距離測定装置の使用領域が格段に拡張される。

本発明による装置ないしは本発明による方法のさらなる利点を図面および図面に属する説明に記載する。

図には、光学式距離測定を行う本発明による装置ないし本発明による方法の実施例が示されている。この実施例を以下の明細書でより詳細に説明する。図並びに図の説明並びに本発明の請求項は、組み合わされた多数の特徴部分を含む。当業者はこれらの特徴部分ないしはこの特徴部分に関する請求項を個別にし、別の有利な組み合わせおよび請求項にまとめることができるであろう。

図１には、基本的な構成を説明するのに重要なコンポーネントを有する、上位概念に記載された距離測定装置１０が概略的に示されている。距離測定装置１０は、ハウジング１２を有しており、このハウジング内には、測定信号１６を生じさせる送信部１４並びに、目標対象物２０から戻ってくる測定信号１７を検出する受信部１８が配置されている。受信部１８は反射された測定信号１７用の受信チャネルを形成する。

送信部１４は光源２２を含む。この光源２２は、図１の実施例では半導体レーザダイオード２４によって実現されている。他の光源並びに光学式ではない送信部を同じように本発明の装置内で使用することもできる。

図１に示された実施例のレーザダイオード２４は、人間の目に可視である光束２６の形式で光ビームを送出する。レーザダイオード２４は、制御装置２８を介して駆動される。この駆動装置は相応の電子回路部分によって、ダイオード２４への電気的入力信号３０の変調を行う。制御装置２８は、変調のために必要な周波数信号を、測定装置の制御および評価ユニット５８から得る。他の実施例では、この制御装置２８は制御および評価ユニット５８の集積された構成部分であってもよい。

制御および評価ユニット５８は回路装置５９を含む。ここでこの回路装置は殊に少なくとも、必要な周波数信号を準備するために水晶発振器も有する。このような信号（典型的にそのうちの幾つかは距離測定中に種々異なる周波数で使用される）によって、測定信号は公知のように変調される。この種の回路装置の基本的な構成は例えばＤＥ１９８１１５５０Ａ１号に記載されているので、ここでは詳細には繰り返さない。

半導体ダイオード２４から出力された、強度変調された光束２６は第１の光学系３２を通過する。この第１の光学系は、光束の放射プロファイルを改善する。この種の光学系は、レーザダイオードの集積された構成部分であってもよい。レーザービーム束２６は引き続き視準レンズ３４を通過する。このレンズは、ほぼ平行な光ビーム束３６を生じさせる。この光ビーム束は、測定されるべき目標対象物２０へ向けて送出される。図１に示された装置の送信部１４には、これに加えて装置内部の反射距離４０を生じさせる装置３８が存在する。この反射距離は測定装置の内部較正に用いられる。

測定信号１６は、光学窓４２を通じて、距離測定装置１０のハウジング１２から取り出される。測定のために距離測定装置１０は目標対象物２０に向けられている。この目標対象物から距離測定装置までの距離が測定される。所望の目標対象物２０で反射されたまたは散乱もされた信号１７は戻ってくる測定ビーム束４４を形成する。この測定ビーム束のある程度の部分は、再び距離測定装置内１０に達する。距離測定装置１０の端面４８内での入射窓４６を通じて、反射された測定ビーム１７は距離測定装置内に入力結合され、受光レンズ５０に偏向される。この受光レンズ５０は戻ってきた測定ビーム束４４を受光装置５４のアクティブ面５２上に集束させる。

この受光装置５４は例えば面検出器またはフォトダイオードであり、例えば既知の様式の直接混合式のアバランシェホトダイオードであり得る。受光装置５４のアクティブ面５２は相応の検出エレメントである。受光装置５４は、到来した光信号１７を電気信号に変える。この電気信号はその後、相応の接続手段５６を介して装置１０の制御および評価ユニット５８へ転送される。制御および評価ユニット５８は戻ってくる光学信号１７および殊に、戻ってくる信号が有する、放射された元来の信号と比較した位相ずれから、装置１０と目標対象物２０との間の検出されるべき距離を求め、これを例えば距離測定装置の光学式表示装置６０内に示す。

振幅変調された光での位相ずれ測定を用いたレーザ距離測定装置では、目標対象物２０から戻ってきて、検出器５４で受光された光と、測定装置１０から目標対象物２０の方向へ放射された光の間の位相ずれが、次の式によってあらわされる。

この式でφは、測定装置１０と目標対象物２０の間の距離ｄに基づいて光信号が有する位相ずれをあらわし、ｆは振幅変調された測定信号の変調周波数をあらわし、ｃは使用されている測定信号の位相速度（光速度）をあらわす。

位相ずれ測定を用いたレーザ距離測定時には、距離測定層１０と目標対象物２０との間の距離ｄを求める際に精度を決定するものは、使用されている測定信号の信号ノイズ比である。

位相測定での測定不確かさΔφは次の式によってあらわされる。

測定精度を定める信号ノイズ比Ｓ／Ｎは、例えば変調信号の振幅測定および測定信号における相応のノイズを生じさせる周辺光の直流成分から求められる。

信号ノイズ比は基本的に測定可能であるので、本発明では距離測定に次のように影響を与えることも可能である。すなわち例えば測定時間を合わせることによって、信号ノイズ比Ｓ／Ｎに対する所定の目標値、ひいては位相測定における測定の不確かさΔφに対する所定の目標値が得られるように距離測定に影響を与えることも可能である。測定時に得られるべき信号ノイズ比の設定は本発明による方法では選択的に、ユーザによって間接的に、事前に選択された測定時間の形で、例えば測定装置１０の制御および評価ユニット５８の操作領域６２を介して設定される、または自動的にないしは半自動的に最適な方法で距離測定装置自体によって設定される。

従って例えば短い、元来の測定過程の前に行われる距離測定によって、求められるべき距離が、粗く、誤って見積もられる恐れがある。しかしこの後にはより正確な測定が続く。このより正確な測定は、この大まかな距離領域に適合するように合わせられた測定精度、ひいては信号ノイズ比Ｓ／Ｎへの要求で実行される、より正確な測定が続く。

連続した距離測定から部分量が選択され、この結果に基づいて、測定精度を、例えば求められた測定距離に合わせることも可能である。距離を求めるためにはますます多くの個々の測定が、例えば種々異なる周波数で実行されるので、測定精度を設定するための情報を得るためにこのような個々の測定が使用される。すなわち測定精度は、測定タスクの距離を求めている間にも整合されて、最適化される。

択一的に所定の最大測定時間内で、測定装置によって使用される測定領域は次のことによって拡張される。すなわち距離にわたった信号ノイズ比要求が低減されることによって拡張される。これは特に屋外領域において日光照射が強い場合に（これは高いノイズレベルを生じさせる）、本発明の距離測定装置１０によって可能な測定距離、ひいては本発明による測定装置の有用性を格段に高める。距離が増加するにつれて距離測定の精度が低減することは、距離測定装置１０のディスプレイ６０における測定結果の表示時に表示分解能が低減されることによって視覚化され、ユーザに伝達される。

図２には、本発明による方法の主要なステップの実施例が、個々のステップのフローチャートに基づいて示されている。

この方法の始めではステップＳ１において、課せられている距離測定に対する測定時間が設定される。これは装置内部で、変調された測定信号の測定期間の数ｎを設定することに置き換えられる。この変調された測定信号は評価ユニットによる測定信号の評価に使用される。所望の測定時間は、測定装置ないしは測定装置の評価ユニットにユーザによって手動で、例えば操作領域６２を介して、または距離測定装置１０自体の制御および評価ユニット５８の相応するルーチンによって自動的に伝達可能である。

測定時間の設定後に測定が、例えば、距離測定装置１０の操作領域６２の相応する「スタートキー」を操作することによって開始される。引き続き測定信号１６が装置によって、ターゲットである目標対象２０の方向へ送出され、目標対象２０で反射された測定信号１７が再び測定装置によって検出される。例えばＤＥ１９８１１５５０Ａ１号にも記載されている既知の理由から、このような測定プロシージャが種々異なる周波数の測定信号によって繰り返されるのが有利である。本発明による方法のさらなる説明を容易にするために、以下ではそれぞれ１つの周波数に対する方法のみを記載する。

振幅変調された測定信号はステップＳ２において、事前に選択された測定時間に相応してｎ個の測定期間の持続時間にわたって検出され、処理される。受信検出器５４に入射した測定信号からステップＳ３において、検出された測定信号の振幅が突き止められ、これに並行してまたは連続して、ステップＳ４において測定信号内に含まれているノイズ成分が求められる。

振幅決定から得られた信号は図２のステップＳ５において、ステップＳ４で求められたノイズ成分と比の関係にされ、実行された測定の信号ノイズ比Ｓ／Ｎが計算される。

測定過程と並行するステップＳ６において、距離測定装置に、所望の理論的な精度設定が測定精度の形で伝達される。

これは、元来の測定の前に行われるユーザの手動入力によって実行されてもよいし、自動的ないしは半自動的な設定によって距離測定装置自体によって実行されてもよい。従って、距離測定装置は例えば装置内部のメモリにアクセスすることもできる。このメモリ内には測定精度に対する値が格納されている。この値は例えば距離領域に依存して格納され、従って１ｍ〜３ｍの領域の測定時には、例えば５ｍ〜２０ｍの領域または２０ｍ〜１００ｍの領域の場合よりもより高い測定精度が使用される。種々異なる特性曲線を距離測定装置自体内に格納することも可能である。これらの特性曲線は、測定精度と測定されるべき距離との間の種々異なる関数的な関係をあらわす。

ステップＳ６における精度設定（すなわち選択された測定の不確かさ）から、ステップＳ７において属する必要な信号ノイズ比が計算される。この信号ノイズ比は、ステップＳ６従った測定精度を遵守するのに有効である。

相応のセンサを使用することによって、使用されるべき測定精度が周辺パラメータに適合される。従って例えば基本信号のレベルと所望の測定時間を考慮して、適切な測定精度が選択される。すなわちそこまで測定されるべき信号ノイズ比が設定される。周辺パラメータとは必ずしも光学的な周辺パラメータのことだけではない。従って例えば相応のセンサによって、それぞれ他の種類のビーム（例えば「ハンディノイズ」または「レーダー信号」または「エレクトロスモッグ」）も検出される。これらは場合によっては信号ノイズ比に影響を与える。装置の制御および評価ユニットを介してその後、測定精度が以下に記載されるように調整設定される。

同時にステップＳ８では、距離測定装置１０のディスプレイ６０の分解能が自動的に、本発明の距離測定装置１０の中央制御および評価ユニット５８によって、ステップＳ６での精度設定に合わせられる。従って例えば測定結果表示における小数位の減少によって、どのような測定精度でないし測定の不確かさで測定が実行されたのかがユーザに伝達される。

従って例えば、距離測定装置１０の操作領域６２内の相応の操作キーを介して、表示の小数位を、例えば測定前に指定し、どのような測定精度で以降の距離測定が実行されるべきであるのかを直接的に制御および評価ユニット５８に伝達することも可能である。ここでこの距離測定装置が、例えば格納されている特性曲線を呼び出すこともできる。どのような距離領域に以降の距離測定があるのかを装置に設定することも可能であり、これによって装置が相応の測定精度を半自動的に選択することができる。

ステップＳ９では、ステップＳ７に応じた所望の信号ノイズ比「Ｓ／Ｎ−Ｓｏｌｌ」と、実際の測定時の信号ノイズ比「Ｓ／Ｎ−Ｉｓｔ」との間で比較が行われる。信号ノイズ比の測定された実際値が、ステップＳ６に相応する目標値設定に相応していない場合、この目標値に達するために必要な測定時間が計算され、ここから例えば、評価ユニットに対する測定期間の必要数ｎが求められる。この場合にはこの方法はステップＳ２に分岐して戻る。この結果、ここで整合された測定時間による新たな測定が開始されるないしは、実行されている測定がここで整合された測定期間の数で実行されるないしは続けられる。

ここで、要求されている測定精度での相応した距離測定に必要な測定時間が長すぎること、ないしはこの必要な測定時間が設定された測定時間を超えることが明らかである場合には、距離測定装置は自動的に測定精度を低減させることができる。この場合にはこの方法は分岐してステップＳ６に戻る。ここでは測定精度が設定される。ステップＳ６における決定は例えば、距離の関数である、測定精度の別の特性曲線を選択することによって行われる。または測定精度に対する固定値を設定することによって行われる。本発明の距離測定装置は例えばこのために測定精度の個々の特性曲線を連続的に「連結させる」（durchschalten）ことができる。これによって、かろうじて所望測定時間内での測定を可能にする測定精度を見つけることができる。

測定された信号ノイズ比「Ｓ／Ｎ−Ｉｓｔ」が所望の信号ノイズ比「Ｓ／Ｎ−Ｓｏｌｌ」に相応する場合、変調された測定信号のｎ個の測定期間にわたって求められた位相ずれから既知の方法で、距離測定装置と目標対象物との間の距離がステップＳ１０で求められる。ここでは例えばＤＥ１９８１１５５０Ａ１号において開示された方法が距離測定に使用される。

これに続くステップＳ１１において、評価ユニット５８によって求められた、距離測定装置１０と目標対象物２０との間の距離が距離測定装置１０のディスプレイ６０において表示される。ここで測定の測定精度を明確にするために、示された距離値の精度は、設定された測定精度に相応する分解能に相応する。

本発明による方法は、相応のルーチンとして制御プログラムの形で、例えば距離測定装置１０の制御および評価ユニット５８内に格納される。従って、測定パラメータに依存した装置自体による測定精度の自動的または半自動的な変更も実行可能である。これに加えて相応の特性曲線が記録媒体内に格納され、制御および評価ユニットから読み出されてもよい。

図３には測定距離Ｄの関数である、距離測定の基礎となる測定不確かさδに対する曲線の種々の例が概略的に示されている。ここでこの曲線は、装置の測定周波数を定める振動石英のシステマティックなエラーによってのみ生じる測定不確かさをあらわしている。例えば式（１）から分かるように、測定信号の周波数の変動は信号における相応の位相ずれにもつながる。この位相ずれは、ここから定められる距離の誤りとしてあらわれ、測定不確かさに影響を与える。従って曲線ａであらわされたこの測定不確かさは装置内部の測定不確かさであり、距離測定装置に対して高質の電子コンポーネントを選択することによってのみ最適化される。

曲線ｂは、固定された信号ノイズ比Ｓ／Ｎによる付加的な静的なエラーが存在している場合に生じる測定の不確かさをあらわす。従って曲線ｂは実質的に、距離測定装置によって得られる最小の測定不確かさを測定距離Ｄの関数としてあらわしている。

曲線ｃ，ｄ，ｅおよびｆは、本発明の距離測定装置内に格納され得るような測定不確かさに対する可能な特性曲線を示している。これらの特性曲線は非線形の関数特性を有することも可能であり、図３に示された関数的な依存性に限定されない。ここで距離測定装置は、距離測定時に例えば連続的にこれらの特性曲線を「連結させ」、これによって場合によって設定される測定時間Ｔ_０が越えられない。距離測定装置の制御および評価ユニットにおける最適化ルーチンは、特定の測定距離に対して次のような特性曲線を選択する。すなわちこの距離測定に対して必要な測定時間を考慮して、測定時間と測定不確かさの間の最適な妥協を示す特性曲線を選択する。

図４は同じように簡易化された、概略的な図を示す。この図は図３の特性曲線ｂ〜ｅに相応する測定時間Ｂ〜Ｅを測定距離Ｄの関数として示す。明確に分かるように、選択によって、すなわち装置での測定不確かさの自由な設定または装置自体による設定によって、ある程度の測定時間Ｔ_０内でさらに測定される距離領域Ｄ０が格段に拡張されている。装置に設定可能な測定不確かさは例えば、図３からわかるように、装置によって生じるものとして設定される測定不確かさを格段に上回ることができる。

従って本発明による方法並びに本発明による装置は、距離測定用測定装置によって使用可能な距離領域、すなわち距離測定装置による距離測定が可能な距離領域を容易な手段で拡張することができる。

本発明による方法並びに、この方法を実行する本発明による距離測定装置は、この明細書中に示された実施例に制限されるものではない。

殊に本発明の方法および、この方法を実行する本発明の距離測定装置は、位相測定原理の使用に制限されない。例えば伝播時間原理に従って作動する距離測定装置も同じように本発明の方法を使用することができる。

さらに本発明の方法は、光学式距離測定装置での使用に制限されない。本発明による方法は同じように例えば距離測定用超音波装置でも使用される。

１０ 測定装置、 １４ 送出部、 １６，１７，２６，３６，４４ 測定ビーム、 １８ 受信部、 ２０ 目標対象物、 ２２，２４ 送出器、 ２８，５８ 評価ユニット

Claims (16)

1. 距離測定装置であって、
   変調された測定ビーム（１６，２６，３６）を目標対象物（２０）の方向へ送出する少なくとも１つの送出器（２２，２４）を備えた少なくとも１つの送出部（１４）と、
   前記目標対象物（２０）から戻って来る測定ビーム（１７，４４）を受信する少なくとも１つの受信部（１８）と、
   前記距離測定装置と前記目標対象物（２０）との間の距離を求める制御および評価ユニット（２８，５８）を有している形式のものにおいて、
   前記距離測定装置は、ユーザまたは当該距離測定装置によって設定された測定時間で行われた距離測定の信号ノイズ比の実際値（Ｓ／Ｎ−ＩＳＴ）と、ユーザまたは当該距離測定装置によって設定された距離測定精度から計算された信号ノイズ比の目標値（Ｓ／Ｎ−ＳＯＬＬ）とを比較する手段を有しており、
   当該距離測定装置は、
   前記実際値が目標値から偏差している場合に、
   前記目標値を得るのに必要な、測定期間の数（ｎ）を求め、当該測定期間の数（ｎ）にわたって距離測定を行うか、
   または
   前記設定された距離測定精度の値を、前記設定された測定時間内での距離測定が可能になるまで徐々に低くする、手段を有している、
   ことを特徴とする距離測定装置。
2. 前記距離測定装置は記憶媒体（６４）を有しており、
   当該記憶媒体内には前記距離測定の精度が、少なくとも１つの特性曲線の形で格納されている、請求項１記載の距離測定装置。
3. 前記記憶媒体は測定距離の関数である前記距離測定精度の複数の特性曲線（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ）を有しており、
   当該特性曲線は距離測定装置の操作エレメント（６２）を介して距離測定のために呼び出される、請求項２記載の距離測定装置。
4. 前記記憶媒体（６４）は測定距離の関数である前記距離測定精度の複数の特性曲線（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ）を有しており、
   当該特性曲線は距離測定装置の制御および評価ユニット（２８，５８）によって距離測定のために呼び出される、請求項２記載の距離測定装置。
5. 前記距離測定装置は、前記距離測定精度を測定信号の信号ノイズ比の設定によって、距離測定装置の制御および評価ユニット（２８，５８）で設定する手段を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の距離測定装置。
6. 前記距離測定装置は、測定過程時に得られるべき信号ノイズ比の値を測定過程前に前記距離測定装置に設定することを可能にする手段を有している、請求項５記載の距離測定装置。
7. 前記距離測定装置は、距離測定装置の距離測定時間並びに距離測定装置の距離測定精度を含む測定パラメータグループから少なくとも１つの測定パラメータが距離測定装置のユーザによって量的に事前に選択可能であるようにする手段を有しており、
   当該測定パラメータグループの他の測定パラメータは距離測定装置の電子部分によって半自動的に調整され、測定信号の信号ノイズ比は測定過程時に設定値に達する、請求項５または６記載の距離測定装置。
8. 前記距離測定装置は手段を有しており、当該手段は距離測定装置の距離測定時間および距離測定装置の距離測定精度を含む測定パラメータセットを完全に自動的にその時々の測定距離および／または目標対象物の反射能力および／または周辺光の強度に合うように調整して、測定信号の信号ノイズ比が測定過程時に設定値に達するようにする、請求項５または６記載の距離測定装置。
9. 前記距離測定装置は表示ユニット（６０）を有しており、
   当該出力ユニットは、距離測定時に使用された測定精度および／または距離測定装置の距離分解能をあらわすことができる、請求項１から８までのいずれか１項記載の距離測定装置。
10. 前記距離測定装置は表示ユニット（６０）を有しており、
    当該出力ユニットは、距離測定の測定結果を測定精度に相応する距離測定値の小数位で表示することができる、請求項１から９までのいずれか１項記載の距離測定装置。
11. 前記距離測定装置の送出器は少なくとも１つのレーザ（２４）を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の距離測定装置。
12. 距離測定方法であって、
    距離測定装置（１０）の少なくとも１つの送出部（１４）が変調された測定ビーム（１６，２６，３６）を目標対象物（２０）の方向へ送出し、
    前記目標対象物（２０）から反射されて戻って来る測定ビーム（１７，４４）を前記距離測定装置（１０）内で検出し、
    前記反射された測定信号から、前記距離測定装置（１０）と前記目標対象物（２０）との間の距離を求める形式の方法において、
    ユーザまたは当該距離測定装置によって設定された測定時間で行われた距離測定の信号ノイズ比の実際値（Ｓ／Ｎ−ＩＳＴ）と、ユーザまたは当該距離測定装置によって設定された距離測定精度から計算された信号ノイズ比の目標値（Ｓ／Ｎ−ＳＯＬＬ）とを比較し、
    当前記実際値が目標値から偏差している場合に、
    前記目標値を得るのに必要な、測定期間の数（ｎ）を求め、当該測定期間の数（ｎ）にわたって距離測定を行うか、
    または
    前記設定された距離測定精度の値を、前記設定された測定時間内での距離測定が可能になるまで徐々に低くする、
    ことを特徴とする距離測定方法。
13. 距離測定の精度の値は、測定過程時に得られるべき測定信号の信号ノイズ比の値を設定することによって得られる、請求項１２記載の距離測定方法。
14. 距離測定の精度の値を１つまたは複数の特性曲線の形で距離測定装置内に格納し、
    当該特性曲線は距離測定装置によって自動的におよび／または距離測定装置のユーザによって呼び出されるおよび／または選択される、請求項１２または１３記載の距離測定方法。
15. 距離測定の精度の値を、距離測定装置内に格納された特性曲線を選択することによって最適化する、請求項１４記載の距離測定方法。
16. 距離測定に対する最大測定時間の設定後、距離測定精度の特性曲線（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ）を選択することによって、前記距離測定精度の値を最適化する、請求項１４記載の距離測定方法。

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